第5章电类毕业设计.ppt

第5章变频调速类设计指导 5 1变频调速类设计方法5 2设计实例 大型轴承内外滚道超精机的变频调速5 3设计选题 LBG 35 3双链冷拔管机电控系统 5 1变频调速类设计方法 5 1 1变频器应用指导思想在电力拖动领域 采用变频调速技术 除能满足无级调速的要求外 还能实现如下目的 1 节约能源 变频调速在调速过程中的转差功率是不变的 与滑差电机调速系统相比 平均节电达30 以上 节能效果非常显著 要求调速的机械量大面广 如普遍采用变频调速 节约的能源将是十分可观的 2 减少起动时对电网的冲击 一般地说 异步电动机的起动电流约为额定电流的5 7倍 当一个车间有若干台调速机械同时起动时 会引起较大的电流冲击 影响其他生产设备 如应用变频调速系统 则起动电流可控制在额定电流的1 5倍以内 不会构成对电网的冲击 3 提高产品质量 由于变频调速系统性能相当稳定 工作也十分可靠 因此应用了变频调速系统后 使各种机械产品的质量和产量都得到了保证 5 1 2设计方法在进行变频调速毕业课题设计时 通常按以下步骤进行 1 充分了解所设计课题的工艺特性和技术要求 2 根据电机的功率 调速范围的要求 机械特性 价格 性能等综合因素 选择所要使用的变频器的生产厂家和型号 3 仔细阅读所要使用的变频器的使用说明书 特别是要详细了解该变频器的电气线路连接 参数设置以及抗干扰设计 4 进行电气线路的设计和连接 5 根据电机的机械特性 设计课题的工艺特性和技术要求 进行变频器的参数设置 参数设置对于变频器的正确使用至关重要 6 变频器的运行调试 7 书写毕业设计论文 5 2设计实例 大型轴承内外滚道超精机的变频调速 5 2 1设计要求被调电机性能 参数如下 1 M1工件轴电机 4kW 1440r min 380V 8 8A 2 M2振荡电机 550W 1400r min 380V 1 61A 该超精机是轴承行业的专用机床 变频调速拖动系统包括两个部分 一是工件轴电机的变频调速器VF1 二是振荡电机的变频调速器VF2 其速度皆在0 1400r min范围内可调 5 2 2技术要求工件轴电机用来带动工件旋转 具有粗超和精超两个速度 具体数值根据生产现场要求确定 要求采用数字量进行控制 电机的转速可通过系统使用的数控系统的逻辑输出点控制 通过选择不同的频率值 数字量 来调节 振荡电机用来磨削工件 要求速度在0 1400r min范围内无级调速 采用模拟量进行控制 通过系统使用的数控系统输出0 10V的给定电压 来调节电机的转速 根据机床的生产工艺特点 对自动控制系统提出如下要求 1 调速范围宽 机床工作时既要求能适应不同型号的加工产品 又要求具有经济的磨削速度 因此调速范围一定要宽 2 静差度小 为了提高加工精度 要求工作时的速度不随磨削量的变化而变动 一般要求静差度小于10 采用变频调速 静差度可小于3 同时 系统的机械特性具有下垂特性 3 具有较高的磨削速度和足够的磨削力 4 在低速范围内 磨削力基本保持恒定 5 能单独调整工件轴电机的粗超和精超两个速度 通过系统使用的数控系统的逻辑输出点可控制 选择其工作速度 6 振荡电机的速度在0 1400r min范围内无级调速 调速平滑 动态品质好 7 操作简单 节省辅助工时 调速时不必停车 8 系统简单 安全可靠 易于修理和维护 5 2 3系统设计1 采用变频调速的优点 1 工作可靠性显著提高 主要体现在以下两个方面 消除了电动机的薄弱环节 由于用笼型转子异步电动机取代了绕线转子异步电动机 从而消除了电刷和滑环等薄弱环节 控制系统的故障率大为降低 过去采用接触器继电器系统进行控制 故障率较高 采用了变频调速系统后 控制系统可大大简化 可靠性大为提高 2 节能效果十分可观 绕线转子异步电动机在低速运行时 转子回路的外接电阻内将消耗大量电能 采用了变频调速系统后 可以完全节约外接电阻内消耗的大量电能 3 调速质量明显提高 采用了变频调速系统后 调速比和调速精度大大提高 调速平稳 能够长时间低速运行 具有很高的定位精度和运行效率 4 可简化传动链 由于可以进行无级调速 从而在机械上省去了非标设计的减速箱 使传动链结构简单 设计标准化 2 变频器的选型本项目选用了德国西门子公司的MICROMASTERS系列变频器 该变频器具有如下特点 1 易于安装 编程和使用 2 采用比例 积分 PI 控制环功能的闭环控制 3 采用自动起动提升的高起动转矩 4 通过RS 485串行接口的远程控制 使用USS协议可控制31台变频器 5 参数功能强 使变频器通过设置可用于几乎所有的应用场合 6 薄膜式前控制板使操作简便 7 内装永久性存储器存放参数 8 工厂的出厂设置符合欧洲和北美洲的要求 9 输入频率 和电机转速 可通过下列五种方法之一来控制 通过面板给定频率设定值 高分辨率的模拟量设定值 电压输入 外部电位器控制电机转速 通过二进制输入的固定频率 串行接口控制 10 内装带有复合制动的直流注入制动 11 单相输入变频器内装有RFI滤波器 MM12 MM300 12 可设定平滑区域的加 减速时间 13 可编程的单继电器输出 14 可连接多语种的文显操作面板 OPM2 或可选的PROFIBUS模块 15 通过软件自动识别2 4 6或8级电机 16 带有软件控制的冷动风扇 17 快速电流限制 FCL 可实现可靠的无跳运行 18 紧凑的设计节省了空间 使多台变频器可一个挨一个地安装 5 2 4西门子变频器简介 1 将电磁干扰 EMI 影响减为最小的接线变频器运行在一个可能存在着较高电磁干扰的工业环境中 好的安装方法可以确保安全和无故障运行 可按下面的方法安装变频器 1 使用短而粗的接地线连接到公共星点或母线上 确保柜子中所有设备接地良好 特别重要的是 连接到变频器的任何控制设备 比如一台PLC 要与变频器共地 同样要使用短而粗的导线接地 最好采用平导体 例如金属网 使高频时的阻抗较低 被控电机的返回地线直接连接到相应变频器的接地端子 PE 2 如有可能 应使用屏蔽导线连接控制电路 导线两端要整洁 确保未屏蔽导线尽可能短 最好用电缆套管 3 尽可能地将电源线和控制电缆分开 例如使用独立的线槽等 如果控制电缆和电源线交叉 应尽可能使它们按90 角交叉 4 确保接触器采用R C抑制器 直流接触器采用 飞轮 二极管 装入绕组中 压敏电阻抑制器也很有效 若接触器是通过变频器上的继电器控制的 则这一点就特别重要 5 采用屏蔽和铠装电缆作为电机接线 并且要将屏蔽层双端接地 6 如果变频器运行在一个对噪声敏感的环境中 则可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰 为达到最优效果 滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性 2 键盘配置 表5 1前面板控制和基本操作 3 控制线连接 图5 1变频器控制线连接 4 开关量控制采用数字量控制的基本步骤如下 1 用一个简单的启 停开关将端子5和8连接起来 这样变频器为顺时针旋转运行状态 出厂设定值 2 接通变频器主电源 将参数P009设为002或003 使所有的参数被调整 3 将参数P006设定为000 定义为开关量控制 4 将参数P007设定为000 定义为开关量输入 此时为DIN1 端子5 并使前面板控制无效 5 将P005设置为所需要的频率 6 将电机额定铭牌上的数据对应地输到P081 P085 在许多情况下 当使用缺省参数时 在P089中设定的缺省定子电阻值一般都可适应于P085中设定的额定功率缺省值 若变频器和电机的额定值相差很大时 建议测量一下电机的定子电阻并手动输入到P089 连续提升 P078 和起动提升 P079 与定子电阻值有关 太高的值会引起过流跳闸 7 将启 停开关接通 变频器将驱动电机按P005中所设的频率运行 5 模拟量控制采用模拟量电压控制的基本步骤如下 1 用一个简单的启 停开关将端子5和8连起来 这样变频器设定为顺时针旋转运行 出厂状态 2 按控制线连接图将一个4 7k 的电位器连接到控制端 或将端子2和端子4连接上 并将一个0 10V信号输入到端子2和端子3之间 3 接通变频器的主电源 将参数P009设为002或003 使所有的参数可以被调整 4 将参数P006设定为001 为模拟量控制 5 设置参数P007为000 为数字量输入 此时为DIN1 端子5 并使前面板控制无效 6 通过参数P021和P022分别设置最小和最大输出功率 7 将电机额定铭牌上的数据对应地输到P081 P085 8 将启 停开关接通 转动电位器 或调节模拟量输入电压 直到变频器上显示出所需要的频率 6 使电机停止可以用几种方式使电机停止 撤掉ON指令或按前面板上的O键 使变频器按照所选择的减速时间停止 参见参数P003 OFF2 使电机滑行停止 参见参数P051 P053 OFF3 使电机快速制动 参见参数P051 P053 直流注入制动 使电机快速停止 参见参数P073 7 系统参数在下列参数中 表示可以在运行中改变的参数 1 P000 运行显示 显示P001中选择的输出量并在发生故障时显示相关的故障码 Fxxx 报警时显示闪烁 如果选择输出频率 P001 0 并且变频器是关断的 则交替显示被选频率和实际频率 2 P001 显示选择 可选数字0 8 0 输出频率 1 频率设定值 2 电机电流 3 直流环节 4 未使用 5 电机转速 6 USS状态 7 闭环控制设定值 8 输出电压 3 P002 加速时间 范围为0 650 0 此时间为电机从静止加速到P013中所设最大频率的时间 如果加速时间设置太短 会导致变频器故障跳闸 4 P003 减速时间 范围为0 650 0 此时间为电机从最大频率 P013 减速到静止所需时间 如果减速时间设置太短 会导致变频器停机 这也是直流注入制动所投入的时间 5 P004 平滑 范围为0 40 0 用于平滑电机的加减速过程 只有当加减速时间超过0 3s时 平滑功能才有效 注 减速的平滑曲线与加速斜率 P002 有关 并与P003中设定的减速时间叠加 所以改变P002可以影响减速时间 6 P005 数字量频率设定 Hz 范围为0 400 00 设定变频器在数字方式下的运行频率 仅当P006为0时有效 7 P006 频率设定方式选择 范围为0 2 0 数字式 变频器按P005中设定的频率运行或者当P007 0时 通过设定任意两个二进制输入P051 P053为11或12来控制频率 1 模拟式 通过模拟量输入信号控制 2 固定频率或电动电位器方式 只有当至少一个二进制输入 P051 P053 为6 17或18时 固定频率才有效 注 若P006 1并且变频器被设成远程控制方式 则模拟量输入仍然有效 当P011 1时 通过数字量输入的电动器的电位设定值将被存储 8 P007 面板控制 范围为0 1 0 当前板按键禁止 通过数字量输入控制 参见参数P051 P053 当P124 1时 还可用 和 键控制频率 1 当前板按键允许 可通过设定参数P121 P124来分别禁止相应的按键 注 采用数字量输入控制运转 反转 点动和增 减频率被禁止 9 P009 参数设定保护 范围为0 3 0 只有P001 P009的参数可被读 写 1 参数P001 P009可被设定 所有其他参数只能读出 2 所有参数可被读 写 但当电源断开时 P009自动复位到0 3 所有参数可被读 写 10 P011 频率设定值存储 范围为0 1 0 禁止使用 1 关断后有效 即使当变频器断电后 通过 和 键或开关量改变的设定值仍可被存储 11 P012 最小电机频率 Hz 范围为0 400 00 设定最小电机频率 12 P013 最大电机频率 Hz 范围为0 400 00 设定最大电机频率 13 P016 捕捉再起动 范围为0 2 允许变频器起动一台正在旋转的电机 在正常情况下电机从0Hz开始运转 然而当电机正在自转或被负载带动旋转时 它将在回到给定值之前进行制动 这将导致过电流跳闸 通过采用捕捉再起动功能 变频器可跟随电机的转速并且运转电机 从这个速度一直达到设定值 注 如果电机已经停止或旋转很慢 当变频器检测电机的旋转方向时会发生一些振动 0 正常再起动 1 只有当电源重新上电 故障或OFF2后才具有捕捉再起动功能 2 任何时间都具有捕捉再起动功能 14 P017 平滑类型 范围为 1 2 1 连续平滑 2 不连续平滑 对停止和要求降低频率的命令提供一个快速不平滑响应 注 必须将P004设定一个大于0的值后此参数才有效 15 P018 故障后自起动 范围为0 1 0 无效 1 在一次故障后 变频器将重新再起动5次 如果在5次起动中故障仍未消除 变频器将保持故障状态 16 P021 最小模拟量频率 范围为0 400 00 最小模拟量输入值如0V或2V所对应的频率 此项设定值可高于P022的设定值 使模拟量输入和频率输出成反比关系 17 P022 最大模拟量频率 范围为0 400 00 最大模拟量输入值 如P023中设定的10V所对应的频率 此频率可低于P021的设定值 使模拟量输入和频率输出成反比关系 18 P023 模拟量输入功能 范围为0 2 0 0 10V 1 2 10V 2 2 10V 若U 1V 则变频器将可控地停止 注意 即使在没有电位器和连接在端子3和4上的电压给定的情况下 电机也可能自动运转 当P023 2 在U 1V时变频器会自动起动 这对模拟量和数字量控制都适用 19 P024 模拟量设定值叠加 范围为0 2 当变频器工作在非模拟量方式时 可设置此参数 0 不叠加 1 将模拟量设定值叠加到固定频率或电位器频率 2 当模拟量输入在0 50 范围内 该参数设置为标称数字量 当模拟量输入在51 100 范围内时 该参数为固定频率设定值 注 通过选择一个反向的负固定频率值和模拟量设定值叠加 可用 5V电源或0 10V电位器设置一个 中间零点 以使输出频率可在任何位置为0Hz 包括中间位置 20 P027 跳转频率2 Hz 范围为0 400 00 参见P014 21 P028 跳转频率3 Hz 范围为0 400 00 参见P014 22 P029 跳转频率4 Hz 范围为0 400 00 参见P014 23 P031 向右点动频率 范围为0 400 00 点动用于电机微动 一般通过点动键或点开关量输入端的一个非锁定开关控制 24 P032 向左点动频率 范围为0 400 00 25 P041 第一固定频率 范围为0 400 00 当P006 2且P053 6或P053 18时有效 26 P042 第二固定频率 范围为0 400 00 当P006 2且P052 6或P053 18时有效 27 P043 第三固定频率 范围为0 400 00 当P006 2且P051 6或P053 18时有效 28 P044 第四固定频率 范围为0 400 00 当P006 2且P053 P052 P051 17时有效 29 P045 第一到第四固定频率设定值的反向 范围为0 7 设定固定频率的旋转方向 30 P046 第五固定频率 范围为0 400 00 当P006 2且P051 P052 P053 17时有效 31 P047 第六固定频率 范围为0 400 00 当P006 2且P051 P052 P053 17时有效 32 P048 第七固定频率 范围为0 400 00 当P006 2且P051 P052 P053 17时有效 33 P051 选择控制功能 DIN1 端子5 固定频率3或二进制固定频率0位 范围0 19 控制功能见表5 2 34 P052 选择控制功能 DIN2 端子6 固定频率2或二进制固定频率1位 范围0 19 控制功能见表5 2 35 P053 选择控制功能 DIN3 端子7 固定频率1或二进制固定频率2位 范围0 19 控制功能见表5 2 表5 2P051 P053的控制功能表 表5 3二进制编码固定频率表 P051 P052 P053 17 36 P061 选择继电器输出的功能 见表5 4 范围为0 13 表5 4P061的设定值对应选择的继电器输出功能表 37 P062 电气机械制动选件控制 范围为0 4 这种运行方式和外部制动控制相同 继电器无效除外 0 正常停止方式 1 3 未使用 4 混合停止方式 38 P066 混合制动 范围为0 1 0 关断 1 导通 此功能允许减速时间更短 增强了停机能力 39 P073 直流注入制动 范围为0 250 此功能通过一个DC制动电流让电机快速停车 并保持电机静止直至制动结束 这将引起电机发热 制动的有效时间由P003设定 可用DIN1 DIN3触发此功能 40 P081 电机额定频率 Hz 范围为0 400 00 41 P082 电机额定转速 r min 范围为0 9999 42 P083 电机额定电流 A 范围为0 1 99 9 43 P084 电机额定电压 V 范围为0 1000 44 P085 电机额定功率 kW hp 范围为0 100 0 P081 P085必须根据所使用的电机设定 45 P089 定子电阻 范围为0 01 100 00 电机的定子电阻应该在此参数中输入 输入的数值应为任意两相间的电阻 测量应在关断电源后在变频器的输出端进行 注 如果P089中的值太高 会发生过流停机 46 P099 选件模块类型 范围为0 3 0 没有选件模块 1 PROFIBUS模块 47 P101 在欧洲或美国运行 范围为0 1 本参数设定变频器用于欧洲或美国的电源和电机频率 0 欧洲 50Hz 1 美国 60Hz 注 在设P101 1后变频器必须复位到出厂设定值 即P944 1会自动设定P013 60Hz P081 60Hz P082 1680r min 并且P085将会用hp显示 48 P111 变频器额定功率 kW hp 范围为0 0 50 00 只读参数 以kW显示了变频器的额定功率 例如0 55 550W 注 如果P101 1 那么额定功率用hp显示 49 P113 变频器型号 额定功率 范围为0 29 只读参数 0 MM12 10 MM12 2 20 MM37 3 1 MM25 11 MM25 2 21 MM55 3 2 MM37 12 MM37 2 22 MM75 3 3 MM55 13 MM55 2 23 MM110 3 4 MM75 14 MM75 2 24 MM150 3 5 MM110 15 MM110 2 25 MM150 3 6 MM150 16 MM150 2 26 MM300 3 7 MM220 17 MM220 2 27 MM400 3 8 MM300 18 MM300 2 28 MM550 3 19 MM400 2 29 MM750 3 50 P121 允许 禁止运行键 范围为0 1 0 运行键禁止 1 运行键允许 当P007 1时有效 51 P122 允许 禁止正 反向键 范围为0 1 0 正 反向键禁止 1 正 反向键允许 当P007 1时有效 52 P123 允许 禁止点动键 范围为0 1 0 点动键禁止 1 点动键允许 当P007 1时有效 53 P124 允许 禁止 和 键 范围为0 1 0 和 键禁止 1 和 键允许 当P007 1时有效 注 本参数只适用于调整频率 这两个键仍可用于改变参数值 54 P125 反向禁止 范围为0 1 0 反向禁止 禁止任何来源的反向命令 反向运转命令导致正向运转 1 正常运行 允许正向和反向运转 55 P131 频率设定值 Hz 范围为0 00 400 00 56 P132 电机电流 A 范围为0 0 99 9 57 P134 直流环节电压 V 范围为0 1000 58 P135 电机转速 r min 范围为0 9999 59 P137 输出电压 V 范围为0 1000 P131 P137是只读参数 是存储在P001中的数值的拷贝 但可以通过串行接口直接访问 60 P201 闭环模式 范围为0 2 0 正常运行 1 未使用 2 闭环过程控制 使用模拟量输入作为反馈信号 61 P220 关断频率 范围为0 1 0 正常运行 1 当等于或低于最小频率运行时关断变频器输出 62 P930 最后故障码 范围为0 9999 本参数存储的是最后一个故障码 63 P931 最后警告类型 范围为0 9999 本参数存储着最后警告记录 变频器断电后清除 002 电流限幅动作 003 电压限幅动作 005 变频器过热 64 P944 复位到出厂设定值 范围为0 1 0 正常运行 1 按P键后 除P101外 所有参数都将复位到出厂设定值 5 2 5变频器电气控制线路连接 1 控制工件轴电机的变频器的电气线路连接 图5 2工件轴电机变频器电气连接图 图5 2中 K1 K2 K3是系统使用的数控系统的逻辑输出点控制的中间继电器 它们的状态分别决定了二进制编码输入端DIN1 DIN2 DIN3的状态 从而决定了使用的固定频率 根据二进制编码固定频率表 参见表5 3 共七个固定频率 分别由参数P041 P042 P043 P044 P046 P047 P048给出 使用的固定频率与K1 K2 K3的状态关系如表5 5所示 表5 5固定频率的选择与K1 K2 K3的状态关系表 2 控制振荡电机的变频器的电气线路连接 图5 3振荡电机变频器电气连接图 5 2 6软件参数设置和调试该变频调速系统对调速精度要求不高 但要使系统运行稳定 工作可靠 必须正确预置变频器的各种功能 主要有以下两个方面 1 频率给定 振荡电机具有粗超和精超两个速度 利用面板上的数字增减键 键和 键 对系统参数P041和P042进行频率给定 K1闭合输出P041给定频率所对应的粗超速度 K2闭合输出P042给定频率所对应的精超速度 工件轴电机采用模拟量控制 通过使用的数控系统输出0 10V的变化电压给变频器 从而使工件轴电机转速从0 1400r min变化 2 上 下限频率 上限频率 一般宜略高于额定频率 常预置为60Hz 下限频率 预置为0Hz 3 升 降速时间 由于大型轴承内外滚道超精机不需要频繁地起 制动 对升 降速时间并无严格要求 故升 降速时间的预置常以起 制动电流不超过额定电流为基本原则 通常为5 10s 具体时间根据调试时不跳闸报警为原则 应尽可能预置得短一些 具体参数设置如下 1 变频器1 MM400 3工件轴变频器 参数设定 P009 2 P001 5 显示转速 P002 1 加速时间 P003 5 减速时间 内滚道 P003 10 减速时间 外滚道 P006 2 固定频率方式 P007 0 前面板禁止 P041 粗超速度 根据调试结果 内滚道设置为35 外滚道设置为23 P042 精超速度 根据调试结果 内滚道设置为45 外滚道设置为34 5 P044 细超速度 如果需要 可增加此速度 P051 P052 P053 17 P061 6 故障指示 以下参数根据电机铭牌设置 P081 50Hz P082 1440r min P083 8 8A P084 380V P085 4kW P089 0 12 定子电阻 通过测量获得 P124 0 封锁 和 键 其余参数皆按出厂设定 2 变频器2 MM75 3 振荡变频器 参数设定 P009 2 P001 5 显示转速 P002 1 加速时间 P003 1 减速时间 P006 1 模拟方式 P007 0 前面板禁止 P013 60 最大电机频率 P021 0 最小模拟量频率 P022 60 最大模拟量频率 P023 0 0 10V P051 1 P061 6 故障指示 以下参数根据电机铭牌设置 P081 50Hz P082 1400r min P083 1 61A P084 380V P085 0 55kW P089 0 08 定子电阻 通过测量获得 其余参数皆按出厂设定 5 3设计选题LBG 35 3双链冷拔管机电控系统 5 3 1工艺概况拔机是铜加工厂专门用来冷拔铜管的设备 LBG 35 3型拔机属于长行程 高速三线双链冷拔管机 它可拔制直径为17 40mm 长度为5 8m的毛坯 拔制后成品管长度可达8 25m 拔机由以下几部分组成 1 上料装置 由一个拨料器和 两个分料器组成 作用是将三根毛坯分别拨入 三个送料辊道 当 两个分料器同时落下时拨料器将第一根管坯拨入第 段送料辊道 当 分料器抬起时拨料器将第二根管坯拨入第 段送料辊道 当 分料器抬起时拨料器将第三根管坯拨入第 段送料辊道 拨料完成后 两个分料器同时落下 为下次上料做好准备 2 送料及穿料装置 送料辊道电机启动 将三根管坯送入夹送辊中 上夹送辊压下的同时启动上夹送辊电机 将三根管坯同时套在 组 3个 带芯头的芯杆上 3 回转与送进装置 回转筒旋转180 将穿上芯杆的三根管坯旋转到与拔模座模孔平齐的拔制线上 再由三个送进气缸将三个管坯送入拔模座模孔中 芯杆同时开始供乳液 同时 组 3个 芯杆已旋转到穿料线上 组芯杆可进行穿料 4 拔制与返回装置 当按下拔制按钮后 板牙气缸冲气 板牙夹紧管坯头后 拔制小车以咬料速度低速拔制 板牙气缸停止冲气 拔制小车经加速开关后加速到正常拔制速度 当三根管坯全部从模孔中拔出后 拔制小车自动停止 成品管落入料筐 经延时后拔制小车高速返回 当碰到减速开关时 拔制小车改为低速返回 直至经停车开关后 拔制小车停在拔模座处 为下次拔制做好准备 5 3 2拔机主要技术参数及控制要求1 主要技术参数额定拔制速度 40m min 拔制速度范围为0 80m min 小车返回速度 100m min 送料回转速度为30 s 夹送辊穿管速度 100m min V型辊道送管速度为60m min 主电机 1台 型号Z4 355 22 P 315kW n 600 1500r min 润滑电动机 1台 Y90L 4 P 1 5kW n 1400r min 回转筒电机 1台 Y针摆电机 P 7 5kW n 1450r min 上夹送辊电机 1台 Y100 6 P 1 5kW n 940r min 下夹送辊电机 1台 Y90L 4 P 1 5kW n 940r min 喂料辊电机 1台 Y90L 6 P 1 1kW n 910r min 送料辊电机 6台 Y90S 6 P 0 75kW n 910r min 2 控制要求 1 拨料器由操作台上的按钮控制 按一次按钮拨一根料 拨料器动作由电磁阀控制气缸完成 2 号分料器由操作台上相应按钮控制 分料器动作由电磁阀控制气缸完成 3 送料辊道启 停由操作台上启 停按钮控制 按下启动按钮后辊道电机启动 喂料辊压下 送料停时喂料辊自动抬起 4 按下穿料启动按钮后 上夹送辊自动压下 同时上 下夹送辊电机启动 将管坯套在芯杆上 经延时 夹送辊自动停止 同时上夹送辊自动抬起 5 按下正向回转按钮后 回转筒进行 180 高速回转 经正向减速开关自动减速后低速回转 经正向停止开关自动停止 按下反向回转按钮后 回转筒进行 180 高速回转 经反向减速开关自动减速低速回转 经反向停止开关自动停止 停止按钮可使回转筒停在任意位置 回转筒电机由变频器控制 回转筒电机速度图如图5 4所示 图5 4回转筒电机速度图 6 芯杆送进 当回转筒 180 回转停止后 组芯杆位于拔制线上并自动送进 组芯杆位于穿料线上 当回转筒 180 回转停止后 组芯杆位于拔制线上并自动送进 组芯杆位于穿料线上 当拔制小车将铜管由拔模座模孔中拔除 拔制小车自动停止后 位于拔制线上的一组芯杆自动退回 芯杆的送进 后退操作可由按钮单独控制 7 芯杆供乳液 当位于拔制线上的一组芯杆送进后该组芯杆自动供乳液 8 板牙夹紧与放松可由按钮操作或按下拔制按钮后自动夹紧 9 拔制小车 在拔制线上芯杆送进 芯杆供乳液 选择开关置于 高速 位置的条件下 当按下拔制按钮后 板牙夹紧管坯头 拔制小车以咬料速度低速拔制 同时板牙气缸停止充气 拔制小车经加速开关后加速到正常拔制速度 当三根管坯全部从模孔中拔出后 负荷开关动作 拔制小车自动停止 成品管落入料筐 经延时 拔制小车高速返回 当经减速开关时 转由低速返回 到拔模座处停车开关动作使得拔制小车停止运行 拔制速度由操作台上的电位器调节 拔制小车由西门子直流调速装置控制的直流电机拖动 拔制小车速度图如图5 5所示 10 工艺润滑系统的控制 油温控制要求 本系统乳液箱内装有两个电加热器及一个电接点温度计 当油箱温度低于电接点温度计下限设定值时 电加热器能手动或自动投入工作 当油箱温度达到电接点温度计上限设定值时 电加热器自动切断 两台乳液泵一台工作 一台备用 控制芯杆乳液的两个电磁阀不能同时工作 在拔制线上的一组芯杆送进后对应的电磁阀通电 芯杆退到后极限位时电磁阀断电 图5 5拔制小车速度图 11 连锁条件 拔制小车拔制时 芯杆送进 芯头供乳液 接料板应处于下限位置 拔制小车返回时 接料板处于上限位置 回转筒回转时 不穿料 不拔制 六根芯杆全部在后极限位 上夹棍在上限位 拔机工作时管路气压应大于6kg cm2 当管路气压低于3kg cm2时 控制电源自动切断 禁止工作 当拔制小车超程 断链 返回减速开关失灵任一情况发生时 应自动停止拔机系统的运转 使制动器制动 5 3 3总体设计本电控系统由直流传动柜 PLC柜 辅机柜及操作台组成 以PLC为控制中心 所有的操作指令经PLC处理并输出控制信号 完成对拔机工作过程的控制 直流传动柜的作用是对拔制小车的拖动直流主电机进行控制 PLC柜主要用来接收所有操作指令 输出控制信号及控制所有电磁阀按工艺要求动作 辅机柜用于控制辊道电机 上 下夹送辊电机 工艺润滑泵电机及回转筒电机的工作 操作台的功能是通过开关 按钮发出操作指令 显示工作状态信息及主电机电压 电流 速度信号 5 3 4硬件设计根据机械设备上电动机 电磁阀 感应开关及其他检测元件的电气参数和控制要求进行硬件设计 即原理设计及元件选型 1 用全数字直流调速装置控制直流电机 以达到拔制小车要求的各种速度及加 减速特性的要求 参见拔制小车速度图 2 用变频器控制需调速的交流电动机 以达到回转筒要求的各种速度及加 减速性能指标的需求 参见回转筒电机速度图 3 用低压断路器 接触器及热继电器控制长期运行的交流电动机 以达到控制起 停 短路保护及过载保护的要求 4 用低压断路器及接触器控制短时工作的交流电动机 以达到控制起 停及短路保护要求 5 用中间继电器控制电磁阀DC24V电源的通 断 以使气缸按设备要求动作 6 用PLC作为核心控制器件 省去了继电接触器系统中大量的中间继电器 时间继电器等元件 电气系统简明 可靠性大大提高 通过PLC软件编程 可以完成整机连锁保护 自动控制及不同生产工艺对电气系统的要求 7 操作元件及显示元件包括 转换开关 按钮 信号灯 电流表 电压表 转速表等 各部分的详细设计参数和说明如下 1 PLC 欧姆龙C200H配置如下 C200H CPU01 E CPU模块 1块 C200H PS221 扩展I O装置电源 1块 C200H ID211 8点直流输入单元 2块 C200H ID212 16点直流输入单元 7块 C200H OC224 8点继电器输出单元 2块 C200H OC225 16点继电器输出单元 5块 PLC各模块功能详见欧姆龙C200H手册 2 变频器 富士FRN7 5G9S 4变频器 本系统中变频器接线图见图5 6 图中三相380V交流电通过空气开关QM 再经过交流接触器KM接入到变频器的电源输入端R S T上 变频器输出变频电压 U V W 接到负载电动机M上 电路图中K1闭合高速正转 K1 K4闭合低速正转 K2闭合高速反转 K2 K4闭合低速反转 高速值 低速值均在变频器中设定 参数设置方法详见5 3 5节 变频器的使用详见FRN7 5G9S 4使用手册 图5 6变频器接线图 3 全数字直流调速装置 西门子6RA70 6RA70全数字直流调速装置外围电路配置详见6RA70使用手册 本系统中6RA70全数字直流调速装置外部接线图如图5 7所示 图5 76RA70全数字直流调速装置外部接线图 图5 8主电机速度给定电路图 5 3 5富士变频器简介1 变频器的基本性能日本富士有限公司生产多种电器产品 变频器是其中之一 FRENIC5000P9S是其变频器的主流产品 P9S系列用于普通电气设备 具有过载能力强 驱动转矩大 变频范围广的特点 配用的电动机为0 2 280kW 共分为24个规格 产品除具有高性能的U F式变频功能外 还具有转矩矢量控制功能 可根据负载状态计算出最佳控制电压及电流矢量 富士变频器产品采用发光二极管式数字显示和液晶显示参数的组合式显示面板及对话式触摸面板的手工编程器 2 基本功能变频器的基本功能包括控制功能 显示功能和保护功能等 1 控制功能 1 运行与操作 可用编程器上的键盘操作起动与停止 也可用外部信号控制起停 正反转 加速 减速 多级频率选择等 2 频率设定 可用键盘操作设定 也可用外接电位器控制频率 还可用4 20mA电流信号控制频率 可用外部开关量信号控制电动机按某一频率运行 最多可进行8级选择 3 运转状态信号 设备可输出 集电极开路 开关量信号 4 加速时间 减速时间设定 设定范围为0 2 3600s 能独立设定4种加 减速方式 并能由外部信号选择 能设定加 减速曲线的类型 如直线型 曲线型等 5 上 下限频率 可由软件设定设备运转的上限频率及下限频率 6 频率设定的增益 可设定模拟信号 来自外电位器 与输出频率之间的比例关系 范围为0 200 2 显示功能 1 运转中 或停止时 可显示输出频率 输出电流 输出电压 电动机转速 负载轴转速 线速度 输出转矩等 并能显示单位 在液晶显示屏上能显示测试功能 输入信号和输出信号的模拟值 2 在设定状态时 能显示各种功能码及有关数据 3 出现故障跳闸时 能显示跳闸原因及有关数据 3 保护功能变频器的保护功能有过载保护 过压保护 电涌保护 过热保护 短路保护 接地保护 电动机保护 防止失速保护等 3 使用操作编程器装在前面板上 前面板可卸下 内部装有外部连接线的接线端子 变频器驱动电动机的电源线及各种控制信号均由此接出 变频器各种功能均通过编程器进行软件设置 富士FRENIC50000P9S的接线端子图见图5 9 图5 9富士变频器接线端子图 各接线端子的功能如下 1 主回路 1 R S T为主回路电源端子 接三相380V交流电 不需要考虑相序 2 U V W为逆变器输出端子 按正确相序接至三相交流电动机 相序不正确会使电动机反转 3 P1 P 为内部直流电路中为改善功率因数而外接的直流电抗机 一般应用可将其短路 4 P DB为外接制动电阻端子 小于或等于7 5kW的逆变器产品自带制动电阻 如由于制动功率不够 可将内部电阻拆去 接入较大功率的电阻 5 P N 为外接制动电阻端子 对于大于等于11kW的逆变器 内部无制动电路和制动电阻 应在这两个端子上接入外部制动电路 制动单元 而将制动电阻接至此制动电路中 6 E是设备的接地端子 它可保护人身安全及减少噪声 2 控制回路 1 13 12 11为频率控制输入端 可用一个1 10k 的电位器接入 调节可控制变频器输出频率的高低 2 C1 11为频率控制输入端 它的输入为电流信号 当电流在4 20mA变化时 输出频率可以从0Hz变化到最高频率 3 FWD CM为正转 停止输入端 为开关量输入 即当两点短路时电动机正转 断开时电动机停止运行 4 REV CM为反转 停止输入端 开关量输入 5 THR CM为外部报警信号输入端 开关量输入 6 HLD CM为自保选择信号端 接通后可保持FWD或REV的信号 开关量输入 7 RST CM为异常恢复端 接通后可解除变换器的故障状态 恢复正常运行 8 BX CM为自由运转信号输入端 接通后 变频器切断输入 电动机自由运转 9 X1 X2 X3 X4 X5 CM是变换器的多种用途的开关量输入信号端 10 FMA 11两点接入直流电压表 可指示变频器的输出 可由软件设定为频率 电位 转矩 负载率等 11 FMP 11两点输出脉冲信号 接入频率计 可监视变频器频率输出 12 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 CME为变频器输出信号端 它具有多种功能 由软件设定 为三极管集电极开路输出信号 13 30A 30B 30C为变频器的报警信号输出触头 图5 10为编程器面板图 分为三部分 上部显示窗为采用发光二极管的数字显示器 LED 它可显示频率 电流 电压 线速度 转矩等多种数据 中部显示窗为液晶显示器 可显示文字 模拟波形等 主要用于编程 下部为各种操作按键 其中包括 编程 PRG 运行 RUN 停止 STOP 复位 RESET 功能 数据 FUNC DATA 增量 减量 切换 等 使用编程器可对变频器进行各种功能的软件设置 对变频器进行运转控制 运行状态显示等 图5 10编程器面板图 4 常用功能的软件设计及举例P9变频器共有95种软件代码功能 分为基本功能 输入端子 1 加速 减速时间控制 第2电动机控制 模拟监视输出 输出端子 输入端子 2 频率控制LED和LCD监视器 程序运行 特殊功能1 电动机特性 特殊功能2等 现仅对几种常用功能加以介绍 1 00 功能 频率命令 FREQCOMND 进入该功能后 选 0 则输出频率由编程器设定 可用增量 减量 进行调整 选 1 则外部电位器经11 12 13端的输入电压控制输出频率 选 2 则由11 12 13端的输入电压与C1 11端输入电流联合控制输出频率 2 01 功能 运行操作 OPRMETHOD 进入该功能后 选 0 则用编程器上的RUN和STOP键控制电动机运行 选 1 则用FWD或REV端信号控制电动机运行 例 如选 00 0 30 01 0 通电后按RUN键 则电动机以30Hz的频率旋转 按STOP键后电动机停止 如选 00 1 01 1 则通电短路RWD CM后电动机正转 调整外接电位器的动臂可控制电动机的转速 3 02 功能 最高频率 MAXHz 可设定频率范围为50 120Hz 对普通电动机只能设定为50Hz 如有特殊需要 可提高至60 70Hz 对更高的频率由于受电动机各方面参数的限制 只能用于专门设计的高速电动机 4 03 功能 基本频率1 BASEHz 1 采用U f型变频器方式 当基本频率小于最大频率时 零至基本频率一般为U f方式运转 基本频率至最大频率一般为恒压变频输出方式 5 04 功能 额定电压1 RATEDV 1 又称最大输出电压 设定增量为1V 出厂设定值为380V 例 若选 02 60 30 50 04 380 则输出曲线如图5 11所示 机器运行后调整输入电位器 0 50Hz 对二极电动机0 3000r min 一段为U f型变频方式 属于恒转矩工作方式 50 60Hz 对二极电动机3000 3600r min 一段为恒压变频方式 属于恒功率工作方式 类似直流电动机的额定转速以下恒转矩调速 额定转速以上弱磁调速的恒功率调速方式 图5 11设定的输出曲线 6 07 功能 转矩提升1 TRQBOOST1 选择数据范围 0 20 0 数据0 0 变频器根据电动机的参数自动补偿转矩提升值 数据0 1 1 5 非线性 递减 曲线 数据2 0 20 0 线性提升曲线 7 52 功能 53 59 功能的入口控制 只有F52 1时 才能修改 53 59 的功能 8 57 功能 起动频率 STARTHz 此功能仅当F52 52 功能 1时才能被修改 设定值范围为0 2 60Hz 9 05 0 6 功能 05 功能 加速时间1 ACCTIME1 06 功能 减速时间1 DECTIME1 加速时间为从起动到达到最大频率所用的时间 设定范围为0 01 3600s 减速时间为从最大频率到达停止所用的时间 设定范围为0 01 3600s 当设定值为 0 00 时 表示电动机滑行停止 10 60 功能 F61 F79功能的入口控制 11 73 功能 加速 减速方式的模式选择 ACCPTN 0 线性加速和减速 1 S曲线加速和减速 2 非线性加速和减速 此功能与F05 F06功能配合 可获得良好的起动性能曲线 达到起动平稳 无冲击 起动速度快的良好效果 12 15 16 功能 15 功能 驱动时 转矩限制 DRVTORQVE 16 功能 制动时 转矩限制 BRKTORQVE 这两个功能用于驱动或制动时 使最大转矩限制在某一值上 防止电流过大跳闸 取值范围为20 180 999 当取180 999时为不限制 13 20 26 功能 多步速度设定1 7 每一种功能可设定一种速度 设定频率后 依靠外接信号端子X1 X2 X3的组合控制信号可获7种控制速度 组合方式由X3X2X1组成的二进制数所决定 当取000时 速度由 00 功能确定 14 33 38 功能 33 功能 加速时间2 ACCTIME2 34 功能 减速时间2 DECTIME2 35 功能 加速时间3 ACCTIME3 36 功能 减速时间3 DECTIME3 37 功能 加速时间4 ACCTIME4 38 功能 减速时间4 DECTIME4 以上功能用于程序运行时的多种速度的控制 设定范围为0 01 3600s 此功能受输入端子X4 X5的控制 当X4 OFF且X5 OFF时 为加速时间1 减速时间1的设定 当X4 ON且X5 OFF时 为加速时间2 减速时间2的设定 当X4 OFF且X5 ON时 为加速时间3 减速时间3的设定 当X4 ON且X5 ON时 为加速时间4 减速时间4的设定 此功能与上功能结合在一起可由外部开关信号通过端子控制电抗进行各种不同程序速度控制的功能 15 65 功能 程序运行时模式选择 PATTERN 仅当F60 1时才能修改此功能 此功能有三个选项 0 一般运行 1 程序运行一个循环后结束 2 程序运行一个循环后按最后速度继续运行 这种功能是软件控制的程序运行方式 16 66 72 功能 程序运行第1 7步的时间和加 减速方式的设置 每步运行时间设置的范围为0 01 6000s 加 减速方式按表5 6设置 表5 6加 减速方式设置 例 若参数设置为F66 10 00 F2 F67 11 00 F1 F68 11 00 R4 F69 11 00 R2 F70 11 00 F2 F70 11 00 F4 F70 11 00 F2 F65 1 则电动机按图5 12所示的速度运行 循环一次结束 图中的允速度f1 f7的值取决于F20 F26的设置 T1 10s T2 T7 11s 程序运行的起动和停止可使用编程器上的RUN和STOP键或用外信号控制 使用FWD REV端子 图5 12运行的速度图 17 29 功能 转矩矢量控制 TRQVECTOR 当F29 1时 电动机以转矩矢量控制方法运行 当F29 0时 电动机以普通工作方法运行 5 3 6西门子全数字直流调速装置6RA70简介1 应用范围6RA70SIMOREGmater系列整流器为全数字紧凑型整流器 输入为三相电源 可为变速直流驱动提供电枢和励磁供电 额定电枢电流为15 2000A 紧凑型整流器可以并联连接 提供10000